PL181839B1 - Sposób formowania pali w gruncie i urządzenie do formowania pali w gruncie - Google Patents

Abstract

4. Urządzenie do formowania pali w gruncie, znamienne tym, że złożone jest z rury osłonowej (1) i dostosowanej do jej średnicy wewnętrznej rury szlamowej (2), która z jednej strony zaopatrzona jest w połączony z nią element pośredni (3) wyposażony w otwór odpowietrzający (4) i połączony z nim trwale uchwyt (5), a z drugiej w pierścień ślizgowodoszczelniający (6) oraz umieszczone wewnątrz, w pobliżu jej końca, elementy (7) podtrzymujące urobek.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania pali w gruncie i urządzenie do formowania pali w gruncie, przeznaczone zwłaszcza do wzmacniania podbudowy jezdni, nasypów, skarp i wałów w gruntach słabonośnych i nienośnych.

Znany jest dotychczas sposób formowania pali betonowych w gruncie polegający na wykonaniu otworu w osłonie rury stalowej przy pomocy wiertnicy pionowej. Po oczyszczeniu wykonanego otworu oraz ewentualnym wprowadzeniu do niego zbrojenia, pal formuje się stosując pneumatyczne lub grawitacyjne zagęszczanie mieszanki betonowej z jednoczesnym podciąganiem rury osłonowej za pomocą wyciągarki lub siłownika.

181 839

Znany jest również z opisu patentowego Nr 162016 sposób zwiększania nośności pala wierconego z wykorzystaniem rury osłonowej zagłębianej wibracyjnie, polegający na tym, że po zagłębieniu jej w podłoże i usunięciu z niej części gruntu pozostawia się w dolnej części korek gruntowy na wysokość co najmniej 4 m. Rurę osłonową pozostawia się z korkiem wypełnioną wodą na okres co najmniej kilkunastu godzin, a następnie dodatkowo wbija ją wraz z korkiem wibromłotem uruchamianym tylko na kilka minut, aby uniemożliwić rozluźnienie gruntu.

Znane jest także z opisu patentowego Nr 162017 ulepszenie tego rozwiązania, polegające na tym, że po zagłębieniu w podłoże gruntowe rury osłonowej i usunięciu z niej gruntu do projektowanej rzędnej stopy pala wykonuje się w niej korek betonowy. Po stwardnieniu korka wbija się go udarowo lub wibracyjnie wraz z rurą w podłoże. Zwiększenie wytrzymałości połączenia korka betonowego z rurą uzyskuje się przez przyspawanie do jej ścianek wewnętrznych prętów zbrojeniowych.

Znane dotychczas rozwiązania formowania pali w gruncie posiadają szereg niedogodności. Wykonanie otworu pod pal z użyciem rury osłonowej i wiertnicy pionowej jest pracochłonne i kosztowne.

Ponadto dla uzyskania właściwego tempa prac konieczne jest użycie jednocześnie dużej ilości sprzętu, co utrudnia organizację robót. Zastosowanie natomiast do podciągania rury osłonowej wyciągarki lub siłownika jest pracochłonne i uciążliwe ze względu na konieczność stosowania do każdej operacji różnych urządzeń. Ponadto pneumatyczne lub grawitacyjne zagęszczanie mieszanki betonowej utrudnia uzyskanie wysokiej jakości betonu.

Niedogodnością zaś pozostawienia i utwardzenia w rurze osłonowej korka z gruntu jest konieczność zastosowania wiertnic pionowych dla usunięcia części słupa gruntu, a także podnośnika do wyciągnięcia z gruntu rury osłonowej. Ponadto pozostawienie rury z korkiem wypełnionej wodą na kilkanaście godzin oraz zastosowanie dużych gabarytowo urządzeń uniemożliwiają stosowanie tej metody do formowania dużej ilości pali, zwłaszcza o dużym zagęszczeniu w trudnych warunkach terenowych. Natomiast stosowanie rury osłonowej z korkiem betonowym jest bardzo kosztowne i uciążliwe z uwagi na pozostawianie w gruncie rury osłonowej jako wzmocnienia i osłony uformowanego pała, a także konieczność użycia wiertnicy pionowej do usunięcia z niej gruntu.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie powyższych niedogodności poprzez opracowanie prostej w stosowaniu i ekonomicznej metody formowania pali w gruncie oraz urządzenia umożliwiającego jej realizację, zapewniających dużą wydajność palowania także w trudnych warunkach terenowych.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wibrując najpierw pogrąża się rurę osłonową na projektowaną głębokość. Następnie do wnętrza rury osłonowej wprowadza się dostosowaną do niej rurę szlamową i pogrąża ją do projektowanej rzędnej stopy pala, po czym wyciąga rurę szlamową wraz z urobkiem i opróżnia ją wibracyjnie. Tak wykonany otwór w rurze osłonowej ewentualnie oczyszcza się znanymi metodami i wypełnia mieszanką wypełniającą, którą zagęszcza się wibracyjnie. Następnie wibrując podciąga się stopniowo rurę osłonową i uzupełnia mieszanką wypełniającą w ilości zapewniającej właściwe jej zagęszczenie oraz uformowanie projektowanej rzędnej głowicy pala.

Operację pogrążania i wyciągania rury osłonowej oraz rury szlamowej, opróżniania rury szlamowej, a także zagęszczania mieszanki wypełniającej prowadzi się przy użyciu wibromłota o regulowanej częstotliwości i amplitudzie drgań.

Jako wibromłot korzystnie stosuje się wibromłot hydrauliczny. Wibromłot korzystnie zawieszony jest na żurawiu samojezdnym z wysięgnikiem kratowym.

Czas wibrowania, częstotliwość i amplitudę drgań wibromłota, niezbędne dla prawidłowego zagęszczania mieszanki wypełniającej dobiera się eksperymentalnie badając jej stopień zagęszczenia sondą dynamiczną.

W przypadku dużego napływu wody gruntowej do rury osłonowej, stosuje się głębsze zapuszczanie rury osłonowej w celu wydłużenia drogi filtracji wody lub betonowanie pod wodą albo w ostateczności stosuje się odwadnianie.

181 839

W trakcie podciągania rury osłonowej i zagęszczania wibracyjnego przy formowaniu pali krótkich do 5 m stosuje się jednokrotne, a przy palach dłuższych kilkakrotne uzupełnianie mieszanki wypełniającej.

Jako mieszankę wypełniającą stosuje się pospółkę stabilizowaną odpowiednią ilością cementu, mieszankę betonową żądanej klasy lub pospółkę, albo mieszaninę piaskowo żwirową.

Urządzenie do formowania pali według wynalazku złożone jest z rury osłonowej i dostosowanej do jej średnicy wewnętrznej rury szlamowej. Rura szlamowa z jednej strony zaopatrzona jest w połączony z nią element pośredni wyposażony w otwór odpowietrzający i połączony z nim trwale uchwyt dostosowany do szczęk wibromłota, a z drugiej w pierścień ślizgowo-doszczelniający oraz umieszczone wewnątrz, w pobliżu jej końca, elementy podtrzymujące urobek. Otwór odpowietrzający eliminuje tworzenie się w rurze szlamowej poduszki powietrznej od komprymowanego w niej gruntu. Rura osłonowa w górnej części zaopatrzona jest w połączony z nią trwale pierścień wzmacniający. Celem zwiększenia sztywności i wytrzymałości złącza, rura szlamowa połączona jest z elementem pośrednim poprzez elementy wsporcze zwieńczone pierścieniem oporowym. Uchwyt ma kształt graniastosłupa foremnego o parzystej liczbie ścian dostosowanych wymiarami do szczęk wibromłota. Ściany połączone są trwale ze sobą oraz z elementem pośrednim. W zależności od rodzaju i spoistości gruntu stosuje się elementy podtrzymujące urobek w kształcie brył prostych, zakrzywionych lub krzyżujących się ze sobą o zmniejszających się ku wylotowi rury szlamowej płaszczyznach natarcia. Elementy te połączone są trwale z wewnętrzną płaszczyzną rury szlamowej. Płaszczyzny natarcia rury osłonowej, rury szlamowej i pierścienia ślizgowo-doszczelniającego zaopatrzone są w ścięcia zmniejszające opory pogrążania i utrudniające przedostawanie się pomiędzy ich ściany gruntu. Wszystkie elementy urządzenia według wynalazku połączone są ze sobą połączeniami spawanymi.

Sposób według wynalazku, dzięki zastosowaniu specjalnej konstrukcji urządzenia do formowania pali oraz wibromłota hydraulicznego o regulowanej częstotliwości i amplitudzie drgań, sprzężonego z żurawiem samojezdnym o długim wysięgniku kratowym, umożliwia znaczne zwiększenie wydajności i zmniejszenie kosztów palowania, a także w porównaniu z metodą wiertniczą, zwiększanie nośności pala. Uzyskuje się to dzięki zastosowaniu wibracji do zagęszczania mieszanki wypełniającej, utwardzania gruntu pobocznicy i podłoża pala oraz wykorzystaniu rury szlamowej do drążenia otworu i usunięcia urobku.

Duże znaczenie dla zwiększenia nośności pala ma również znaczne skrócenie czasu wykonania otworu w rurze osłonowej i usunięcia z niej gruntu, co umożliwia uformowanie pala przed ewentualnym napływem wody gruntowej. Ponadto sposób i urządzenia według wynalazku umożliwia bezpieczne wykonanie pali w trudnych warunkach terenowych dzięki formowaniu dużej ilości pali z jednego stanowiska żurawia i ograniczenia do minimum ilości ciężkiego sprzętu.

Przedmiot wynalazku jest bliżej zilustrowany w przykładzie jego wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia rurę osłonową przed pogrążaniem jej w gruncie, połączoną z wibromłotem zawieszonym na żurawiu, fig. 2 - rurę osłonową pogrążoną w gruncie na projektowaną głębokość, fig. 3 - rurę szlamową pogrążoną wibracyjnie w rurze osłonowej na projektowaną głębokość stopy pala, fig. 4 - rurę szlamową wraz z urobkiem wysuniętą z rury osłonowej, fig. 5 - opróżnienie wibracyjne rury szlamowej, fig. 6 - napełnioną rurę osłonową mieszanką wypełniającą, fig. 7 - wibracyjne zagęszczanie mieszanki wypełniającej, fig. 8 wibracyjne podciąganie rury osłonowej, fig. 9 - uzupełnienie rury osłonowej mieszanką wypełniającą, fig. 10 - dalsze wibracyjne podciąganie rury osłonowej, a fig. 11 - całkowite wyciągnięcie z gruntu rury osłonowej i uformowanie pala.

Przykład. Jak uwidoczniono na fig. 1 w pierwszej fazie formowania rurę osłonową 1 mocuje się w szczękach wibromłota i ustawia dokładnie pionowo nad wytyczonym punktem siatki rozmieszczenia pali. Następnie w drugiej fazie (fig. 2) rurę osłonową 1 pogrąża się wibracyjnie, stosując odpowiednio dobraną do rodzaju gruntu częstotliwość i amplitudę drgań. Moment dojścia rury osłonowej 1 do gruntu nośnego uwidacznia się zmniejszoną szybkością pogrążania, spowodowaną wzrostem oporu.

181 839

W fazie trzeciej /fig. 3/ do rury osłonowej 1 wprowadza się zamocowaną w szczękach wibromłota PTC-25H2 rurę szlamową 2 o dostosowanej do niej średnicy zewnętrznej i pogrąża ją wibracyjnie na projektowaną głębokość stopy pala. Mała szczelina pomiędzy średnicą wewnętrzna rury osłonowej 1 i średnicą zewnętrzną pierścieni ślizgowo doszczelniających rury szlamowej 2 powoduje, że w trakcie pogrążania grunt prawie w całości dostaje się do wnętrza rury szlamowej 2 i podlega komprymacji. W fazie czwartej (fig. 4) formowania pala, rurę szlamową 2 wraz z urobkiem wyciąga się bezwibracyjnie nie pokazanym na rysunku żurawiem samojezdnym. W kolejnej fazie (fig. 5) opróżnia się wibracyjnie rurę szlamową 2 do podstawionych poza miejscem palowania środków transportu. Po jednorazowym pogrążeniu rury szlamowej 2 może wystąpić konieczność ponownego jej pogrążenia doczyszczającego. Po dokładnym oczyszczeniu otworu rury osłonowej 1, natychmiast przed ewentualnym napływem wody gruntowej napełnia się ją mieszanką wypełniającą (fig. 6). W fazie siódmej (fig. 7) formowania pali, rurę osłonową 1 podciągając, poddaje się wibracji o częstotliwości i amplitudzie drgań dobranej eksperymentalnie. Poddana wibracji mieszanka wypełniająca podlega zagęszczeniu i rozchodząc się na boki powoduje rozszerzenie się pala. W fazie ósmej (fig. 8) rurę osłonową 1 wibrując powoli podciąga się do góry. Podciąganie rury osłonowej 1 należy przerwać po wyciągnięciu jej na wysokość około 1,5 m i uzupełnić mieszanką wypełniającą (fig. 9) do objętości zapewniającej uzyskanie projektowanej rzędnej głowicy pala. W fazie dziesiątej formowania pala (fig. 10) wibrując w dalszym ciągu kontynuuje się podciąganie rury osłonowej 1 aż do jej całkowitego wyciągnięcia z gruntu. Natomiast w fazie jedenastej (fig. 11) uwidoczniono uformowany pal po całkowitym usunięciu z gruntu rury osłonowej 1.

W przykładowym rozwiązaniu realizuje się dziewięć operacji jednostkowych. Pierwszą z nich jest pogrążanie w gruncie wibromłotem rury osłonowej 1 o średnicy zewnętrznej 508 mm i grubości ścianki 12 mm oraz długości 4 m na głębokość 3,5 m. Drugą operacją jest wstawienie do wnętrza rury osłonowej 1 zamocowanej w szczękach wibromłota rury szlamowej 2 o średnicy zewnętrznej 457 mm i grubości 12 mm i pogrążanie jej wibracyjnie na głębokość 3,5 m. Kolejną operacją jest wyciągnięcie bezwibracyjne z rury osłonowej 1 rury szlamowej 2. Czwartą operacją jest wibracyjne opróżnienie rury szlamowej 2 z urobku na podstawiony środek transportu. Kolejną operacją jest wypełnienie rury osłonowej 1 mieszanką wypełniającą zawierającą pospółkę stabilizowaną cementem portlandzkim C35 w ilości 120 kg/m³. Szóstą operacją jest zamocowanie rury osłonowej 1 w szczękach wibromłota i wibracyjne zagęszczenie mieszanki wypełniającej przez okres 3-5 minut. Siódmą operacją jest wibracyjne podciąganie rury osłonowej 1. Kolejną operacją jest uzupełnienie mieszanki wypełniającej, po wyciągnięciu rury osłonowej 1 na wysokość około 1,5 m, aż do objętości zapewniającej przekroczenie rzędnej głowicy pala o około 0,3 m. Ostatnią dziewiątą operacją jest całkowite wyciągnięcie rury osłonowej 1 z gruntu.

Pale formowano przy użyciu wibromłota typu PTC-25H2 firmy Procedes Techniques de Construction mającego płynną regulację częstotliwości i amplitudy drgań. Maksymalna częstotliwość drgań wibromłota PTC-25H2 wynosi 1650 drgań/min. przy maksymalnej amplitudzie wynoszącej 24 mm. Wibromłot PTC-25H2 został podwieszony do kratowego wysięgnika samojezdnego żurawia RDK-300. Pale rozmieszczano według siatki trójkątów równobocznych o boku 1,5 m.

Wysoka nośność pali formowanych w gruncie sposobem według wynalazku została potwierdzona przeprowadzonymi badaniami na 10-ciu wybranych losowo palach spośród 300 wykonanych. Jak wykazały badania już po 14 dniach od uformowania trwałe osiadanie pala przy obciążeniu 70 kN wyniosło 3-3,6 mm, podczas gdy zakładana jego wartość w projekcie technicznym powinna wynosić 10 mm przy obciążeniu 60 kN.

Urządzenie według wynalazku jest uwidocznione w przykładzie jego wykonania na rysunku, na którym fig. 12 przedstawia przekrój osiowy urządzenia, fig. 13 - jego widok z góry, fig. 14 - fragment końca urządzenia z zakrzywionymi elementami podtrzymującymi urobek, a fig. 15 - ten sam fragment z krzyżującymi się elementami.

Jak uwidoczniono na fig. 12 urządzenie złożone jest z rury osłonowej 1 i dostosowanej do jej średnicy wewnętrznej rury szlamowej 2. Rura szlamowa 2 zaopatrzona jest z jednej

181 839 strony w połączony z nią element pośredni 3 wyposażony w otwór odpowietrzający 4 i połączony z nim trwale uchwyt 5 oraz pierścienie ślizgowo-doszczelniające 6 a także umieszczone wewnątrz, w pobliżu jej końca, elementy 7 podtrzymujące urobek.

Rura osłonowa 1 w górnej części zaopatrzona jest w połączony z nią trwale pierścień wzmacniający 8. Rura szlamowa 2 połączona jest trwale z elementem pośrednim 3 poprzez elementy wsporcze 9 połączone ze sobą pierścieniem oporowym 10. Uchwyt 5 ma kształt graniastosłupa foremnego o parzystej liczbie ścian dostosowanych wymiarami do szczęk wibromłota i połączonych ze sobą, oraz z elementem pośrednim 3 odpowiednio spawami 11 i 12.

Elementy 7 podtrzymujące urobek, jak uwidoczniono na fig. 12, fig. 14 i fig. 15, mają kształt brył prostych zakrzywionych lub krzyżujących się ze sobą, w zależności od rodzaju i ssoiitości gruntu i połączone są tirv^e z wcwnctfrną. p-łaszczyyna iury szlam o wej 2 spawami 13. Elementy 7 mają zmniejszające się ku wylotowi płaszczyzny natarcia 14 i 15.

Płaszczyzny natarcia rury osłonowej 1, rury szlamowej 2 i dolnego pierścienia ślizgowo-dosyczeląiającego 6 zaopatrzone są w ścięcia odpowiednio 16,17 i 18.

Urządzenie według wynalazku stosuje się w ten sposób, że do wnętrza rury osłonowej 1 ustawionej na wyznaczonym punkcie siatki palowania i podtrzymywanej nie pokazanym na rysunku stelażem, wprowadza się rurę szlamową 2 zamocowaną uchwytem 5 w szczękach wibromłota PTC-25H2. Po pogrążeniu rury osłonowej 1 i rury szlamowej 2 na głębokość około 1,5 m stelaż demontuje się i następne fazy procesu formowania pala prowadzi jak podano w przykładzie.

W przypadku formowania pali w gruntach zwięzłych stosuje się rury szlamowe 2 wyposażone w elementy 7 mające kształt brył prostych, dla gruntów spoistych i torfowych kształt brył krzyżujących się ze sobą, a dla gruntów sypkich - brył zakrzywionych. Przy użyciu wibromłota PTC-25H2 do formowania pali o średnicy do 80θ mm stosuje się uchwyt 5 w postaci prostopadłościanu o ścianach ustawionych w kształcie kwadratu, a powyżej tej średnizy-graniastosłupa foremnego o ścianach ustawionych w kształcie sześciokąta lub ośmiokąta.

Sposób i urządzenie według wynalazku ma szerokie zastosowanie w szczególności do wzmacniania podbudowy dróg, podłoża pod obiekty budowlane, wzmacniania gruntu pod rurociągi, zabezpieczenia skarp, osuwisk i nasypów wraz z ich dogęszczaniem, zarówno dla pali zbrojonych jak i niezbrojonych, korzystnie tam, gdzie długość pala nie przekracza 12 m.

181 839

181 839

FIG.15

181 839

FIG.12

181 839

βττττττ

FIG.1

FIG.7

FIG.8 FIG.9 FIG.10

FIG.2 FIG.3 FIG.4 FIG.6

FIG.11

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania pali w gruncie z zastosowaniem rury osłonowej pogrążanej i wyciąganej, znamienny tym, że wibrując najpierw pogrąża się rurę osłonową (1) na projektowaną głębokość, a następnie do jej wnętrza wprowadza dostosowaną do niej rurę szlamową (2) i pogrąża ją do projektowanej rzędnej stopy pala, po czym wyciąga rurę szlamowy (2) wraz z urobkiem, opróżnia ją wibracyjnie, ewentualnie doczyszcza utworzony przez nią otwór, a następnie wypełnia rurę osłonową (1) mieszanką wypełniającą, którą zagęszcza się wibracyjnie, po czym wibrując podciąga stopniowo rurę osłonową (1) i uzupełnia mieszanką wypełniającą w ilości zapewniającej właściwe jej zagęszczenie oraz uformowanie projektowanej rzędnej głowicy pala, przy czym operację pogrążania i wyciąganie rury osłonowej (1) oraz rury szlamowej (2), opróżniania rury szlamowej (2), a także zagęszczania mieszanki wypełniającej prowadzi się przy użyciu wibromłota o regulowanej częstotliwości i amplitudzie drgań.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wibromłot korzystnie stosuje się wibromłot hydrauliczny.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że wibromłot korzystnie zawieszony jest na żurawiu samojezdnym z wysięgnikiem kratowym.
4. 4. Urządzenie do formowania pali w gruncie, znamienne tym, że złożone jest z rury osłonowej (l) i dostosowanej do jej średnicy wewnętrznej rury szlamowej (2), która z jednej strony zaopatrzona jest w połączony z nią element pośredni (3) wyposażony w otwór odpowietrzający (4) i połączony z nim trwale uchwyt (5), a z drugiej w pierścień ślizgowodoszczelniający (6) oraz umieszczone wewnątrz, w pobliżu jej końca, elementy (7) podtrzymujące urobek.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że rura osłonowa (1) w górnej części zaopatrzona jest w połączony z nią trwale pierścień wzmacniający (8).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że rura szlamowa (2) połączona jest z elementem pośrednim (3) poprzez elementy wsporcze (9) zwieńczone pierścieniem oporowym (10).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że uchwyt (5) ma kształt graniastosłupa foremnego o parzystej liczbie ścian trwale połączonych ze sobą oraz z elementem pośrednim (3).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że elementy (7) mają kształt brył prostych, zakrzywionych lub krzyżujących się ze sobą o zmniejszających się ku wylotowi płaszczyznach natarcia (14 i 15) i połączone są trwale z wewnętrzną płaszczyzną rury szlamowej (2).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że płaszczyzny natarcia rury osłonowej (1), rury szlamowej (2) i pierścienia ślizgowo-doszczelniającego (6) zaopatrzone, są w ścięcia odpowiednio (16,17 i 18).